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Korean Chemical Engineering Research

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326 PISSN 0304-128X, EISSN 2233-9558

수열 합성법으로 제조된 구형의 실리콘/탄소 음극소재의 전기화학적 특성

최나현 · 이종대 충북대학교 화학공학과 28644 충청북도 청주시 서원구 충대로1

(2021년 3월 17일 접수, 2021년 4월 2일 수정본 접수, 2021년 4월 19일 채택)

Electrochemical Performances of Spherical Silicon/Carbon Anode Materials Prepared by Hydrothermal Synthesis

Na Hyun Choi and Jong Dae Lee

Department of Chemical Engineering, Chungbuk National University, 1 Chungdaero, Seowongu, Cheongju, Chungbuk, 28644, Korea (Received 17 March 2021; Received in revised April 2 March 2021; Accepted 19 April 2021)

요 약

본 연구에서는 수열 합성법을 이용하여 나노 실리콘이 포함된 구형의 탄소 복합체를 합성하고, 석유계 피치로 코팅 하여 제조된 음극 소재의 전기화학 특성을 조사하였다. 수크로스의 몰 농도를 변화시켜 수열합성한 후, 유기 용매로 THF를 사용하여 피치로 코팅된 음극 복합소재를 제조하였다. 제조된 음극 소재는 SEM, EDS, XRD 및 TGA를 사용 하여 물리적 특성을 분석하였으며, 1.0 M LiPF6 (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%) 전해액에서 사이클, 율속, 순환전 압전류 및 임피던스 테스트를 통해 리튬이차전지의 전기화학 성능을 조사하였다. 1.5 M의 수크로스와 피치를 사용하 여 제조된 실리콘/탄소 소재는 구형 형태를 보였으며, 1756 mAh/g의 높은 초기 용량, 50 사이클 후 82 %의 용량 유 지율 및 2 C/0.1 C에서 81%의 우수한 속도 특성을 확인할 수 있었다.

Abstract − In this study, a spherical carbon composite material containing nano-silicon was synthesized using hydrothermal synthesis, and coated with petroleum pitch to prepare an anode material to investigate the electrochemical characteristics. Hydrothermal synthesis was performed by varying molar concentration, and the pitch was coated using THF as an organic solvent to prepare a composite material. The physical properties of anode materials were analyzed using SEM, EDS, XRD and TGA, and the electrochemical performances were investigated by cycle, C-rate, cyclic voltammetry and electrochemical impedance tests in 1.0 M LiPF6 electrolyte (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%). The pitch-coated silicon/carbon composite (Pitch@Si/C-1.5) with sucrose of 1.5 M showed a spherical shape. In addition, a high initial capacity of 1756 mAh/g, a capacity retention ratio of 82% after 50 cycles, and an excellent rate characteristic of 81% at 2 C/0.1 C were confirmed.

Key words: Hydrothermal synthesis, Silicon, Pitch, Anode materials, Lithium ion batteries

To whom correspondence should be addressed.

E-mail: [email protected]

This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Com- mons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by- nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduc- tion in any medium, provided the original work is properly cited.

1. 서 론

화석 연료 고갈로 인한 지구의 기후 문제를 해결하기 위해 이를 대체하는 신재생 에너지 저장장치인 리튬 이온 배터리가 주목받고 있다. 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 작동 전압, 환경 친 화적인 장점으로 인해 스마트 폰과 같은 휴대용 전자기기 및 전기 자동차 등의 에너지 저장 장치에 활용되고 있다. 최근 들어 다양한 전자 기기들이 대용량 리튬 이온 배터리를 사용하면서 높은 용량

및 안정성을 포함한 고성능 전원의 요구 사항과 급속 충전에 대한 시장의 수요가 증가하며 이에 대한 관심이 높아지고 있다[1].

리튬 이온 배터리는 양극, 음극, 분리막 및 전해질로 이루어져 있으며 그 중 실리콘 기반의 음극 소재는 높은 이론적 용량(4200 mAh/g) 으로 인해 기존 탄소계 물질을 대체하고 있다. 하지만 충·방전 과정 에서 빠른 부피변화와 구조적 불안정성으로 인해 전하 전달 저항이 발생하여 낮은 사이클 수명을 가지기 때문에 이러한 단점을 보완하 기 위한 많은 연구가 진행되고 있다[2]. 실리콘의 부피팽창을 완화 하여 음극의 장기 안정성 개선을 위한 나노 구조(나노 입자, 나노 와이어, 나노 튜브)의 실리콘 및 다공성 실리콘의 제조[3], 또는 core-shell 구조 등을 갖는 실리콘 기반 탄소 복합소재를 제조하는 방법 등이 있다[4]. 안정성을 개선하기 위해 실리콘 복합소재에 사 용되는 탄소 전구체는 석탄계 피치[5], 석유계 피치[6], 수크로스,

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페놀 레진, PVA와 PVC 등이 있다. 리튬이차전지용 음극소재로 실 리콘/탄소 복합소재를 사용하는 경우, 석유계 피치나 페놀레진을 코팅하여 실리콘/탄소 복합소재를 제조한 연구에서는 용량 유지율과 속도 특성 개선에 효과적이라는 연구들이 보고되고 있다[7,8].

수열합성 공정을 통해 실리콘 나노 입자 또는 수용성 금속염과 함께 탄소 나노 복합체가 형성된다[9]. Hu 등[10]은 수열합성법을 사용하여 나노 실리콘 주변에 얇은 탄소와 SiOx 층을 형성했으며 사이클 안정성이 크게 향상되었다고 보고하였다. 나노 실리콘이 잘 분산된 탄소 매트릭스를 제조하기 위해 Shen 등[11]은 계면활성제 가 포함된 실리콘 탄소 복합소재를 제조하여 우수한 용량 유지율을 보고하였다. 또한 Shin 등[12]은 나노 실리콘의 크기에 따른 탄소 구체 내 분산 특성을 비교하였으며, 이러한 연구들은 수열 합성 음 극 소재 활용성 및 실리콘 분산 특성을 제시하고 있지만, 전기화학 성능에 대한 전구체의 조성 및 입자 특성에 대한 연구가 좀 더 보완 되어져야 한다.

본 연구에서는 리튬 이온 배터리의 음극 소재로 안정성 및 용량을 개선하기 위해 피치로 코팅된 구형의 실리콘/탄소 복합소재를 제조 하였다. 수크로스의 몰 농도를 변화시켜 나노 실리콘과 수열합성한 후, 안정성을 개선하기 위해 석유계 피치로 습식 코팅하여 음극 소 재를 제조하였다. 탄소 전구체로 사용된 수크로스의 몰 농도 및 피치 코팅에 따른 실험을 진행하였으며, 제조된 음극 소재는 SEM, EDS, XRD와 TGA를 사용하여 물리적 특성을 분석하였다. 또한 전 기화학 성능은 사이클, 율속, 순환전압전류와 임피던스 테스트를 통해 조사하였다.

2. 실 험

2-1. 수열합성을 통한 구형의 실리콘/탄소 복합소재 제조 실리콘/탄소 복합소재는 탄소 전구체로 수크로스를 사용하였으 며, 수열 합성과 탄화 공정을 통해 제조하였다. 실리콘/탄소 소재 제조를 위해 증류수를 용매로 한 수크로스 용액에 실리콘(100 nm, Avention)과 분말을 균일하게 분산시키기 위해 에탄올(99.5%, SAMCHUN)을 첨가하였다. 혼합 용액을 50oC에서 1시간 교반한 후 Teflon-lined stainless autoclave에 넣어 190oC 6시간 동안 수 열 합성하였다. 생성물을 필터를 통해 증류수와 에탄올을 사용하여 여러 번 수세 과정 후 오븐에서 건조하였으며, 아르곤 가스 분위기 하에 1000oC에서 6시간 동안 열처리하였다. 용매의 양을 일정하 게 하고 1.0 M 및 1.5 M의 수크로스를 사용하여 실리콘/탄소 복 합소재를 합성하였으며, 각각의 소재는 Si/C-1.0과 Si/C-1.5로 표 기하였다.

2-2. 석유계 피치로 코팅된 실리콘/탄소 음극소재 제조 석유계 피치로 코팅된 실리콘/탄소 복합소재를 제조하기 위하여 연화점 250oC의 피치와 THF (99.5%, OCI Company Ltd.)를 사용 하여 음극소재를 제조하였다. 100 ml의 THF 용매에 피치를 실리 콘/탄소 복합소재 대비 10 wt% 첨가하여 10분간 초음파세척기(60 Hz, 100 W, JEIO TECH)로 분산시켰으며, 제조된 구형의 실리콘/

탄소 복합소재를 첨가하여 ultrasonic cleaner로 30분간 처리한 후 24시간 동안 교반하였다. 혼합된 용액은 하루 동안 오븐에서 건조 하였으며, 아르곤 가스 분위기 하에 500oC에서 30분, 1000oC 에 서 1시간 동안 열처리하여 피치로 코팅된 실리콘/탄소 음극소재를 제 조하였다[13]. 피치가 코팅된 복합소재는 수크로스의 몰 농도에 따 라 Pitch@Si/C-1.0과 Pitch@Si/C-1.5로 표기하였으며, 음극 복합소 재 제조에 관한 개념도를 Fig. 1에 나타내었다.

2-3. 리튬이차전지 물성 및 전기화학적 특성 분석

피치로 코팅된 실리콘/탄소 음극소재의 물성 분석을 위해 표면 형태 및 입자 형상을 조사하기 위하여 SEM (Scanning electron microscope, LEO-1530, Carl Zeiss)을 사용하였고, EDS (Energy dispersive x-ray spectrometer, Bruker-NS7)를 통해 원소 분포도를 분석하였다. 또한 결정구조를 확인하기 위해 XRD (High resolution x-ray diffraction, Bruker-D-5005)를 사용하였으며, 또한 합성된 탄소의 함 량은 TGA (thermogravimetric analysis, SDT-2960, TA-Instruments)을 통해 확인하였다.

피치로 코팅된 실리콘/탄소 음극소재를 활물질로 사용한 전극은 활물질, 도전재(Super P), 바인더(PAA)를 8:1:1, 6:2:2 및 5:2:3의 중량비로 균일하게 혼합하고, 1-methyl -2-pyrrolidinone (NMP, Sigma Aldrich) 용매에 분산시킨 후, 집전체인 구리 호일 위에 micrometer applicator를 이용해 슬러리를 도포하여 제조하였다. 전극은 상온에서 12 시간 동안 건조하였으며, roll press를 이용하여 두께의 80%까지 압연 후 2시간 진공 건조하였다. 상대 전극으로 0.51 mm의 Li metal, 분리막은 Celgard 2400을 사용하였다. 전기화학적 특성을 조사하기 위하여 전해액으로 1.0 M LiPF6 (EC : DMC : EMC = 1 : 1 : 1 vol%)을 사용하여 코인 셀을 제조하였다. 제조된 전지는 안정화 후 테스트 하였으며, 초기 충·방전 효율은 0.1 C-rate의 전류를 인가하였다. 사 이클 테스트는 전압 범위 0.05~1.5 V (vs. Li/Li+)에서 50 사이클까 지의 안정성 및 용량을 조사하였다. 율속 특성 조사를 위한 C-rate 테스트는 0.1, 0.2, 0.5, 1 및 2 C로 인가되는 전류 값을 변경하면서 전지 용량을 확인하였다. 제조된 전지의 전기화학 테스트는 CWBCS 3000 Battery Cycler (Won A Tech)를 이용하였으며, CC/

CV(constant current/constant voltage) 복합 모드를 적용하였다. 임

Fig. 1. Schematic diagram of the synthesized Pitch@Si/C composite.

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피던스는 1000 KHz~0.01 Hz의 범위에서 측정하였고, ZIVE LAB MP2 (Won A Tech)를 사용하여 0.1 mV/s scan rate로 순환전압전 류를 측정하였다.

3. 결과 및 고찰

3-1. 피치로 코팅된 실리콘/탄소 음극소재의 물리적 특성 리튬 이온 배터리의 음극재로서 석유계 피치로 코팅된 실리콘/탄 소 복합소재의 입자 형태 및 표면 특성을 확인하기 위하여 분석한 SEM 사진을 Fig. 2에 나타내었다. 실리콘과 수크로스의 수열 합성을 통해 구형의 탄소 입자가 생성되었으며, 3~6 µm의 크기를 가지는 것을 확인하였다. 또한, 1.0 M에 비해 1.5 M의 수크로스 몰 농도로 제조된 복합소재는 탄소 전구체의 양이 증가함에 따라 수열 합성된 탄소 구체가 많이 발견되었으며, 피치로 코팅하였을 경우 실리콘과 탄소 구체가 고르게 뭉쳐진 것을 알 수 있었다. 탄소 구체 내의 나 노 실리콘의 분포를 확인하기 위해 EDS mapping 분석을 수행하여 Fig. 3에 나타내었다. 1.5 M의 수크로스로 제조된 복합소재는 탄소 구체 내 실리콘이 분산된 형태를 보였으며, 수열 합성을 통해 생성 된 결합력이 강한 탄소 입자는 실리콘의 부피 변화를 완충하는 역

할을 할 수 있다고 보고된다[12]. 하지만 분산되지 않은 실리콘 나 노 입자가 주변에 분포하고 있으며, 수열 합성 과정 중에 구형의 탄 소체가 생성되지 못하여 분산되지 않은 실리콘 표면 미세한 탄소층 이 함께 발견되었다. 이러한 탄소 구체 밖으로 분리되어 있는 실리 콘은 리튬의 삽입·탈리 과정에서 부피팽창으로 인해 전극의 균열을 발생시킬 수 있기 때문에[12], 이와 같은 현상을 개선하기 위하여 피치로 코팅된 음극 소재를 제조하였다[14].

피치가 코팅된 실리콘/탄소 복합소재의 결정구조를 확인하기 위 하여 XRD 분석을 하여 Fig. 4에 도시하였다. 복합소재는 28.2°, 47.2°, 55.9°, 68.9°, 76.2°에서 실리콘의 주요 피크가 관찰되었으며, (111), (220), (311), (400) 및 (331) 의 결정면을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이는 JCPDS Card JCPDS No. 77-2111와 일치한다. 또 한 21-26°의 범위에서 넓은 피크를 보이며, 비정질 탄소의 형태와 방향족 구조를 포함하는 것을 확인하였다[15]. 높은 수크로스의 몰 농도와 피치 코팅에 따라 실리콘 피크는 감소하는 결과를 보였다.

제조된 음극 소재의 TGA 분석 결과를 Fig. 5에 나타내었다.

TGA 분석은 5oC/min의 승온 속도로 5~1000oC의 온도 구간에서 공기 분위기 하에 측정되었다. 450~650oC 구간에서 탄소의 연소로 인한 무게 손실이 관찰되었으며, Si/C-1.0, Si/C-1.5, Pitch@Si/C-1.0

Fig. 2. SEM images of (a) Si/C-1.0, (b) Si/C-1.5 and (c) Pitch@Si/C-1.5.

Fig. 3. EDS mapping images of (a) Si/C-1.5 and (b) Pitch@Si/C-1.5.

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및 Pitch@Si/C-1.5는 61%, 62%, 62%, 68%의 무게 변화를 나타내 었다. 또한 700oC 이후 TGA 곡선 증가는 실리콘의 산화반응으로 SiOx가 형성되어 나타난 무게 증가로 생각된다.

3-2. 피치로 코팅된 실리콘/탄소 음극소재의 전기화학적 특성 수열 합성으로 제조된 실리콘/탄소 복합 음극소재에 대해 전극물 질 조성에 따른 전기화학적 성능을 평가하기 위하여 0.1 C에서의 사이클 테스트 결과를 Fig. 6에 제시하였다. 활물질로 1.5 M의 수 크로스로 제조된 실리콘/탄소 복합소재를 사용하였으며, 활물질, 도전재 및 바인더의 조성을 8:1:1, 6:2:2 및 5:2:3으로 변화시켜 실 험하였다. 충·방전 시 첫 사이클에서 SEI층이 형성되면서 두 번째 사이클부터 안정된 용량을 가지므로 2 사이클 대비 50 사이클 용량 을 기준으로 사이클 안정성을 나타내었다. 6:2:2의 조성을 갖는 전 극은 1281 mAh/g의 높은 초기 용량을 보이지만 56 %의 낮은 사이 클 안정성을 보였으며, 도전재와 바인더의 조성이 증가한 5:2:3 전 극은 전지의 용량이 6:2:2 전극에 비해 우수하고, 사이클 안정성도 71%로 우수한 효율을 나타내었다. 실리콘, 수크로스 및 흑연을 수 열 합성하여 음극 복합소재를 제조한 Jeong 등[16]의 연구에 따르 면 도전재 및 바인더의 함량이 증가할수록 용량 및 안정성이 개선 된 결과를 나타내었으며, 본 연구의 전기화학적 특성과 유사한 경 향을 확인하였다. Karker 등[17]의 연구에서는 바인더 함량이 증가

함에 따라 비가역 용량이 감소하고, 전극의 기계적 강도가 증가하 여 안정성이 개선되며, 바인더 함량이 높은 전극은 활물질의 실리 콘 표면 산화물이 PAA 바인더의 카르복시 작용기와 강하게 상호작 용하여 안정한 SEI층의 형성에 기여한다고 보고하였다. 또한, PAA는 균일한 전극을 제조하 는 분산제로서 중요한 역할을 하며, 선형 고 분자 사슬이 카르복시 작용기와 수소 결합으로 중합체를 형성하여 부분적으로 가교결합이 발생하여 전극의 부피팽창을 완화할 수 있 다[18]. 이를 통해 전극 제조 시 PAA 바인더의 조성이 증가할수록 실리콘의 팽창으로 인한 균열이 완화되기 때문에 사이클 안정성이 증가되는 것이라고 생각된다.

전극물질 조성에 관한 연구에서 가장 우수한 안정성을 보인 활물 질, 도전재 및 바인더가 5:2:3의 조성을 갖는 전극을 사용하여, 수크 로스의 몰 농도 및 피치 코팅에 따른 실험을 진행하였다. 음극소재의 수크로스 몰 농도 1.0, 1.5 M 및 피치 코팅에 따른 0.1 C에서의 충·

방전 특성을 Fig. 7에 나타내었다. Si/C-1.0 및 Si/C-1.5의 초기 용 량은 1383 mAh/g, 1203 mAh/g 이며, 사이클 안정성은 57%, 71%로 Fig. 4. XRD patterns of the Pitch@Si/C composite.

Fig. 5. TGA curves of the Pitch@Si/C composite.

Fig. 6. Cycle performances of the Si/C-1.5 composite with different electrode compositions (active material : carbon black : binder = 8:1:1, 6:2:2 or 5:2:3).

Fig. 7. Cycle performances of the Pitch@Si/C composite.

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확인되었다. Pitch@Si/C-1.0과 Pitch@Si/C-1.5 음극 소재는 초기용 량 1810 mAh/g, 1756 mAh/g을 나타내었으며, 사이클 안정성은 68%, 82%의 효율을 보였다. 피치로 코팅된 음극 복합소재는 용량 과 사이클 안정성이 개선되었으며, Pitch@Si/C-1.5가 사이클 안정 성이 가장 우수하였다. Jo 등[19]의 연구에 따르면, 코팅 소재로 연 화점이 높은 피치를 사용하면 탄화 수율이 증가하면서 코팅층이 고 르게 형성되며, 피치를 10 wt% 코팅했을 경우 음극 소재는 우수한 전기화학 성능을 나타낸다고 보고하였다. 이를 통해 연화점 250oC의 피치를 수열 합성된 실리콘/탄소 소재에 10 wt% 조성으로 코팅하여 음극 소재의 안정성을 개선하였다. 또한, 실리콘과 글루코스를 수 열 합성한 연구 결과[20]와 THF 용매 하에 실리콘과 흑연, 피치를 사용하여 제조된 음극 복합소재의 전기화학적 결과[21]와 비교하였을 때, 본 연구에서 얻은 피치가 코팅된 실리콘/탄소 음극소재의 용량 및 사이클 안정성이 더 우수하였으며, 이는 당류와 피치를 함께 사 용하여 실리콘 복합소재를 제조하는 것이 좋은 전기화학 성능을 나 타낼 수 있다고 생각된다.

음극 복합소재의 다양한 C-rate에서의 용량 특성을 나타내기 위 하여 Fig. 8에 율속 테스트를 도시하였으며, C-rate를 0.1 C에서 2 C로 변경시켜 측정하였다. 코팅되지 않은 Si/C-1.0은 2 C 대비 0.1 C 68%의 용량 유지율을 보이는 것을 확인하였으며, 피치가 코팅된 Si/C-1.5의 경우 0.1 C에서 989 mAh/g, 0.2 C에서 943 mAh/g, 0.5 C에 서 903 mAh/g, 1 C에서 862 mAh/g, 2 C에서 803 mAh/g의 용량을 나타내었다. 특히 2 C/0.1 C에서 81%의 용량 유지율을 보여 코팅 되지 않은 소재에 비해 고 율속에서 우수한 특성을 보였다. 이러한 속도 특성은 나노 크기의 실리콘이 포함된 탄소 구체를 피치로 코 팅함으로써 구조적으로 안정된 결과로 생각된다.

제조된 음극 소재의 사이클 전과 50 사이클 후의 저항 특성을 확 인하기 위하여 임피던스 실험 분석 결과를 Fig. 9에 나타내었다.

1000 KHz~0.01 Hz 범위에서 측정하였으며, 곡선은 고주파 영역에서 반원과 저주파 영역에서 경사진 직선을 나타낸다. 사이클 전 Si/C-1.5은 가장 큰 저항값을 보였으며, Pitch@Si/C-1.5는 497 ohm의 저항을 나타내었다. 첫 사이클 이후 안정적인 SEI층이 형성되면서, 50 사 이클 후 Pitch@Si/C-1.5는 42 ohm으로 낮은 저항 특성을 보였으며, 저주파 영역에서 피치가 코팅되지 않은 소재에 비해 수직에 가까운

직선이 관찰되어 리튬 이온 확산의 향상을 확인하였다.

전기화학 반응에 의한 전극의 표면 및 단면 형태를 조사하기 위하여, 50 사이클 전·후의 SEM 사진을 Fig. 10에 나타내었다. Pitch@Si/C-1.5 음극소재가 우수한 사이클 성능을 나타낸 바와 같이 사이클 후 활 물질의 구형 구조와 전극 두께의 변화는 거의 없으며, 이는 안정적으로 형성된 SEI층으로 인해 리튬의 삽·탈리 과정에서 음극 활물질의 부 피 변화를 완화하여 나타내는 결과로 생각된다[22].

셀 내부에서 발생하는 산화 환원 반응의 특성을 조사하기 위해, 피치로 코팅된 실리콘/탄소 음극 소재로 제조한 코인 셀을 0~2.5 V의 구동 전압과 0.1 mV/s의 scan rate로 5 사이클 동안 순환 전압 전류 실험을 수행하여, Fig. 11에 나타내었다. 첫 번째 사이클에서 전해 질이 분해되어 생성된 SEI 층의 형성으로 인해 나타난 0.6~0.8V 구 간의 피크는 두 번째 사이클 이후에는 나타나지 않았다. 이로부터 두 번째 사이클 후 안정적인 SEI층 형성으로 인해 리튬 이온의 삽 입·탈리 가역성이 개선됨을 알 수 있었다[23]. 리튬 이온의 삽입에 의한 피크가 0.1~0.3 V에서 나타나며, 0.1~0.6 V 구간에서는 리튬 이온의 탈리가 이루어진 것을 확인하였다. Si에서 LixSi로의 가역 적 변환과 관련된 산화·환원 반응 피크는 음극 소재가 양호하게 합 성되었음을 보여준다.

Fig. 8. Rate performances of the Pitch@Si/C composite.

Fig. 9. Nyquist plots of the Pitch@Si/C composite (a) before and (b) after 50 cycles.

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4. 결 론

본 연구에서는 실리콘과 수크로스를 수열 합성하여 복합소재를 합성하고, 피치로 코팅하여 리튬이차전지용 피치가 코팅된 실리콘/

탄소 음극소재를 제조하였다. 수크로스의 몰 농도와 피치 코팅에 따른 음극 복합소재의 물성 및 전기화학 특성을 조사하였다. 활물 질, 도전재 및 바인더의 조성이 5:2:3인 Si/C-1.5는 가장 우수한 용 량과 안정성을 보였으며, 이와 같은 5:2:3 전극 조성을 사용하여 피 치로 코팅된 Si/C-1.5를 0.1 C에서 전기화학 테스트한 결과 50 사 이클 후 909 mAh/g의 가역 용량, 82%의 용량 보존율과 2 C/0.1 C

에서 81%의 속도 특성을 나타내었다. 1.5 M의 수크로스를 사용하 고, 실리콘/탄소 복합소재를 피치로 코팅하였을 때, 제조된 음극 복 합소재 중 가장 우수한 용량 및 사이클 안정성 결과를 얻었다. 따라 서 수열 합성과 피치 코팅에 의해 제조된 복합소재는 고용량 및 장 기 안정성이 요구되는 리튬이차전지용 음극 활물질로 활용될 수 있 음을 확인하였다.

감 사

이 논문은 충북대학교 국립대학육성사업(2020)지원을 받아 작성 되었음.

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Fig. 11. The cyclic voltammetry profiles of the Pitch@Si/C composite.

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수치

Fig. 1. Schematic diagram of the synthesized Pitch@Si/C composite.
Fig. 2. SEM images of (a) Si/C-1.0, (b) Si/C-1.5 and (c) Pitch@Si/C-1.5.
Fig. 5. TGA curves of the Pitch@Si/C composite.
Fig. 9. Nyquist plots of the Pitch@Si/C composite (a) before and (b) after 50 cycles.
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참조

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